Photosynthetic activity of winter and spring wheat crops depending on the use of the liquid fertilizers and growth regulator in the conditions of the Orenburg Pre-Urals region

Full Text

Фотосинтез – это ключевой процесс производства, который происходит в растениях. Информация о его элементах позволяет оценить эффективность агротехнических приемов, применяемых для формирования урожая сельскохозяйственных культур. Этот физиологический процесс играет решающую роль в определении уровня урожайности, так как именно благодаря фотосинтезу образуется 90–95% сухого вещества растений [1-4]. К наиболее значимым фитометрическим показателям посевов, определяющим эффективность фотосинтеза, принято относить площадь листьев, фотосинтетический потенциал (ФП) и чистую продуктивность фотосинтеза (ЧПФ). Значения этих показателей в определенной степени отражают сортовые характеристики, влияющие на уровень урожайности [5-7]. Для достижения высокого урожая зерновых культур необходимо обеспечить высокий фотосинтетический потенциал посевов. Это достигается путем формирования такой густоты стояния растений, при которой площадь ассимилирующей поверхности листьев в 4-5 раз превышает площадь, занимаемую растениями на поле. Этот показатель называется индексом листовой поверхности [8]. Для зерновых культур его оптимальной величиной считается 4-5 м²/м², при этом фотосинтетический потенциал не должен быть ниже 1,8 млн м^2* дней /га. Согласно данным Шатилова И. С., максимальная площадь листовой поверхности зерновых культур может достигать 40-50 тыс. м²/га.

Цель исследований: оптимизация фитометрических показателей посевов озимой и яровой пшеницы за счет применения жидких комплексных удобрений и регулятора роста в условиях Оренбургского Предуралья.

Задача исследований: изучить влияние жидких комплексных удобрений и регулятора роста на фитометрические показатели посевов озимой и яровой пшеницы.

Материалы и методы исследований. В течении трех лет (2017-2019 гг.) проводились исследования на учебно-опытном поле Оренбургского государственного аграрного университета на черноземах южных Оренбургского Предуралья. Агротехника соответствовала зональной. Сроки посева были оптимальные для данной зоны, норма высева озимой пшеницы – 5,0 млн всхожих семян на 1 гектар, яровой пшеницы – 4,0 млн/га. Полевые учеты и наблюдения были проведены по общепринятым методикам.

Схема эксперимента включала двухфакторный опыт: фактор А – формы развития пшеницы: озимая и яровая. Фактор В – листовые подкормки комбинациями удобрений: Carb-N-Humik (2 л/га); Carb-N-Humik (2 л/га) + Альбит (40 г/га); Carb-N-Humik (2 л/га) + Альбит (40 г/га) + Hydro Mix (0,5 л/га); Полишанс (1,0 л/га); Энергошанс (0,2 л/га). Опыт проводился в четырехкратной повторности, учётная площадь делянки 40 м².

Результаты исследований. В среднем за годы исследований наибольшая площадь листовой поверхности озимой пшеницы, составившая 36,03 тыс. м²/га, отмечена на варианте с внесением Carb-N-Humic + Альбит + Hydro Mix, а наименьшая (34,93 тыс. м²/га) – на варианте с Carb-N-Humic. На контрольном варианте площадь листьев в среднем составила 31,08 тыс. м²/га, что на 4,95 тыс. м²/га или 13,7% оказалось ниже, чем на варианте с Carb-N-Humic + Альбит + Hydro Mix (рис. 1).

 

Рис. 1. Динамика площади листовой поверхности озимой пшеницы по вариантам опыта в Центральной почвенно-климатической зоне Оренбургской области (среднее за 2017-2019 гг.).

 

Динамика площади листовой поверхности яровой пшеницы от фазы всходов до фазы колошения имела аналогичную направленность – постепенно возрастала до фазы колошения, а затем более стремительно снижалась в период налива и созревания зерна. По сравнению с озимой пшеницей площадь листовой поверхности яровой пшеницы была невысокой, но типичной для засушливого Оренбуржья, и в среднем по вариантам опыта за годы исследований составила 15,59 тыс. м²/га. Наибольшая площадь листовой поверхности яровой пшеницы была отмечена на варианте с внесением препарата Carb-N-Humic + Альбит, где она составила 16,19 тыс. м²/га (рис. 2).

 

Рис. 2. Динамика площади листовой поверхности яровой пшеницы по вариантам опыта в Центральной почвенно-климатической зоне Оренбургской области (среднее за 2017-2019 гг.)

 

Как известно, продуктивность растений зависит не только от размеров ассимиляционного аппарата, а также продолжительности его работы, что в совокупности характеризует фотосинтетический потенциал посевов (ФП). Фотосинтетический потенциал показывает суммарную площадь листовой поверхности на единице площади посева за вегетационный период в целом или какой-либо его отдельный этап.

На контрольном варианте в исследованиях с озимой пшеницей в среднем за три года фотосинтетический потенциал составил 1,025 млн м²*дней/га, а на вариантах с подкормками в фазу кущения он варьировал от 1,162 до 1,203 млн м²*дней/га (табл. 1).

 

Таблица 1

Фотосинтетическая деятельность посевов озимой и яровой пшеницы (среднее за 2017-2019 гг.).

Варианты		Максимальная площадь листьев, тыс. м2/га	Фотосинтетический потенциал, млн м2*дней/га	Накопление сухого вещества, т/га	ЧПФ, г/м2 в сутки
Биологическая форма развития	Обработка посевов в фазу кущения
Озимая пшеница	1. Контроль	31,09	1,025	7,23	6,88
	2.Carb-N-Humic	34,93	1,162	7,94	6,68
	3. Carb-N-Humic+Альбит	35,03	1,162	7,80	6,58
	4. Carb-N-Humic + Альбит + Hydro Mix	36,03	1,203	7,72	6,23
	5. Полишанс	35,81	1,188	7,57	6,18
	6. Энергошанс	35,30	1,174	7,63	6,31
средние		34,70	1,150	7,65	6,48
Яровая пшеница	1. Контроль	14,09	0,413	2,36	5,62
	2.Carb-N-Humic	15,85	0,477	2,60	5,33
	3. Carb-N-Humic+Альбит	16,19	0,469	2,59	5,46
	4. Carb-N-Humic + Альбит + Hydro Mix	15,81	0,503	2,60	5,05
	5. Полишанс	15,93	0,455	2,80	6,14
	6. Энергошанс	15,65	0,452	2,94	6,46
средние		15,59	0,457	2,65	5,68

 

На варианте с Carb-N-Humic + Альбит + Hydro Mix наибольшие значения ФП были отмечены и в среднем за три года. Прибавка к контрольному варианту составила 0,178 млн м²*дней/га или 17,4%.

Некорневые подкормки, примененные в фазу кущения яровой пшеницы, значительно повлияли на фотосинтетический потенциал посевов. В среднем за период исследований фотосинтетический потенциал с использованием органоминеральных удобрений и регулятора роста колебался от 0,452 до 0,503 млн м²*дней/га, тогда как в контрольном варианте он составил лишь 0,413 млн м²*дней/га. Таким образом, фотосинтетический потенциал в изучаемых вариантах превышал контрольные показатели на 9,4-21,8%.

Наибольшие значения ФП отмечены при проведении некорневых подкормок на вариантах Carb-N-Humic (0,477 млн м²*дней/га) и Carb-N-Humic + Альбит + Hydro Mix (0,503 млн. м²*дней/га). Прибавка к контролю составила 0,064-0,090 млн м²*дней/га или 15,5- 21,8% соответственно (табл. 1).

Не менее важным показателем для оценки фотосинтетической продуктивности посевов полевых культур является чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ). Показатель чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ) отражает объем сухой надземной биомассы, которую растения накапливают за день на каждый квадратный метр листовой поверхности.

При изучении яровой пшеницы в среднем за годы исследований наибольшее значение чистой продуктивности фотосинтеза, составившее 6,46 г/м²в сутки, наблюдалось на варианте с Энергошансом, что указывает на повышение продуктивности работы листового аппарата под действием данного препарата. Выше величины контрольного варианта (5,62 г/м² в сутки) значение ЧПФ отмечено и при применении Полишанса (6,14 г/м² в сутки), а наименьшие значения (5,05 г/м² в сутки) получены на варианте с Carb-N-Humiс+ Альбит + Hydro Mix (табл. 1).

Уровень урожайности полевых культур, складывающийся из массы основной и побочной продукции на единице площади, определяется накоплением сухого вещества в процессе фотосинтеза. Его динамика в наших исследованиях значительно варьировала по вариантам опыта, как в посевах озимой, так и яровой пшеницы.

Так в исследованиях с озимой пшеницей на вариантах с органоминеральными удобрениями и регулятором роста растений отмечалось опережающее накопление сухого вещества по сравнению с контрольным вариантом (рис. 3).

 

Рис. 3. Динамика накопления сухого вещества озимой пшеницей по вариантам опыта в Центральной почвенно-климатической зоне Оренбургской области (средние за 2018–2019 гг.).

 

Максимальный урожай сухого вещества в среднем за три года исследований сформировался на вариантах Carb-N-Humic, Carb-N-Humic+Альбит, Carb-N-Humic + Альбит + Hydro Mix. Он составил за годы исследований соответственно 7,94, 7,80 и 7,72 т/га и превысил контрольный вариант на 0,71, 0,57 и 0,49 т/га или 9,8, 7,9 и 6,7 %.

При изучении яровой пшеницы также наблюдалось опережающее, относительно контроля, накопление сухого вещества на экспериментальных вариантах, что подтверждает эффективность действия препаратов (рис. 4).

 

Рис. 4. Динамика накопления сухого вещества яровой пшеницы по вариантам опыта в Центральной почвенно-климатической зоне Оренбургской области, средние за 2018-2019 гг.

 

При этом из трёх вариантов с органоминеральными удобрениями и регуляторами роста растений, показавших лучший урожай на озимой пшенице, только один подтвердил эффективность и на яровой пшенице, причём с меньшим, среди двух других вариантов, эффектом – Carb-N-Humic+ Альбит + Hydro Mix (2,60 т/га), с прибавкой к контролю 0,24 т/га или 10,2%.

Более высокие сборы сухого вещества, на уровне 2,80-2,94 т/га, превысившие контрольный вариант на 0,44-0,58 или 18,6-24,6%, получены на вариантах с Полишансом и Энергошансом соответственно.

Комплексным показателем оценки эффективности применения различных технологических решений, направленных на более полную реализацию урожайного потенциала полевых культур, является коэффициент использования фотосинтетически активной радиации (К_фар). Он представляет собой выраженное в процентах отношение количества энергии, запасённой в урожае сединицы площади, к количеству поступившей на эту же площадь фотосинтетически активной солнечной радиации (ФАР), с длиной волны в диапазоне 380-710 нм.

Изучаемые нами органоминеральные удобрения и регулятор роста растений оказали заметное влияние на накопление солнечной энергии в урожае сухой биомассы озимой и яровой пшеницы и величину К_фар.

В среднем за три года полевого эксперимента наибольшее накопление солнечной энергии в урожае озимой пшеницы отмечено на вариантах с Carb-N-Humic (173,1 ГДж/га), Carb-N-Humic+Альбит (170,0 ГДж/га) и Carb-N-Humic + Альбит + Hydro Mix (168,3 ГДж/га), где превышение над контролем составило за годы исследований 15,5, 12,4 и10,7 ГДж/га или 6,4, 5,1 и 4,4% соответственно.

В среднем за три года на этих же вариантах отмечено наибольшее накопление солнечной энергии в урожае, превысившее контроль на 12,6, 9,1 и 5,2 ГДж/га или 24,7, 17,8 и 10,2%.

Аналогичные изменения по годам исследований и вариантам опыта отмечены и в отношении К_фар. В среднем же за три года исследований наиболее эффективное использование солнечной энергии на формирование урожая, с К_фар на уровне 0,77%, наблюдалось при применении Энергошанса. Вторым по эффективности оказалось применение Полишанса (0,73%), а при использовании Carb-N-Humic в чистом виде или в сочетании с Альбитом и Hydro Mix К_фар оказался равен 0,69% (рис. 5).

 

Рис. 5. Динамика величин К_фар и прибавки к контролю по вариантам опыта с озимой (1, 2, 3, 4) и яровой (5, 6, 7, 8) пшеницей в Центральной почвенно-климатической зоне Оренбургской области (1,5–Carb-N-Humic, 2,6–Полишанс, 3,7–Энергошанс, 4,8 – средние), (средние данные за 2017–2019 гг.).

 

Коэффициент хозяйственной эффективности фотосинтеза характеризует величину зерна в надземной фитомассе и выражает расход метаболитов фотосинтеза и усвоенных минеральных удобрений. Минеральные удобрения оказывают существенное влияние на урожайность зерна пшеницы [9-11].

Расчет коэффициента хозяйственной эффективности существенно не отличалось по опытам озимой и яровой пшеницы. Так, например, для озимой пшеницы К_хоз составило 0,40 ед, а для яровой пшеницы варьировало в пределах от 0,43 до 0,44 ед.

Заключение. Использование органоминеральных удобрений и регуляторов роста растений в посевах озимой и яровой пшеницы на стадии кущения приводит к улучшению фотосинтетической активности растений, что проявляется в увеличении площади ассимиляционного аппарата, коэффициента полезного действия фотосинтетического аппарата и урожая сухой биомассы. В посевах озимой пшеницы наиболее эффективным является использование жидкого азотного удобрения Carb-N-Humic, что приводит к урожайности сухой надземной биомассы 7,94 т/га и К_фар 1,37%. В случае яровой пшеницы лучшими результатами отличается органоминеральное удобрение в хелатной форме Энергошанс, обеспечивая накопление сухого вещества 2,94 т/га и К_фар 0,77%.

About the authors

Yulia Yu. Episheva

Orenburg State Agrarian University

Author for correspondence.
Email: episheva_93@bk.ru
ORCID iD: 0009-0006-8338-6253

Applicant

Russian Federation, Orenburg

Gennady F. Yartsev

Orenburg State Agrarian University

Email: gf_yacev@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4441-7345

Doctor of Agricultural Sciences, Professor

Russian Federation, Orenburg

Ruslan K. Baikasenov

Orenburg State Agrarian University

Email: ruskuv@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7410-3841

Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor

Russian Federation, Orenburg

References

Supplementary files